DE2043749B2

DE2043749B2 - Scanning corpuscular beam microscope

Info

Publication number: DE2043749B2
Application number: DE19702043749
Authority: DE
Inventors: Walter Prof. Dr. 8000 Muenchen Hoppe
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1970-08-31
Filing date: 1970-08-31
Publication date: 1975-01-09
Also published as: NL7111783A; JPS5435061B1; DE2043749A1; DE2043749C3; GB1328713A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Raster-Korpusku larstrahlmikroskop mit einem Strahlerzeuger, eineiT Ablenksystem für den Strahl, einer Kondensorlinse zui Fokussierung des Strahls auf ein abzubildendes Präpa rat, einer Blendenanordnung zur Dunkelfeidabbildung des Präparats, die eine zwischen Strahlerzeuger und Präparat angeordnete Blende enthält, sowie mit einer Detektoranordnung, in der bei Durchstrahlung des Präparats gestreute Teile des Strahls registriert werden Sie ist insbesondere für Raster-Elektronenmikroskope von Bedeutung, kann jedoch auch bei Raster-Korpuskularstrahlmikroskopen anderer Art, z. 8. Ionenmikroskopen, verwendet werden.The invention relates to a scanning corpuscular beam microscope with a beam generator, einiT Deflection system for the beam, a condenser lens for focusing the beam on a prepa to be imaged rat, a diaphragm arrangement for dark field imaging of the specimen, the one between the beam generator and Contains aperture arranged in the preparation, as well as with a detector arrangement in which the preparation is irradiated Scattered parts of the beam are registered It is particularly suitable for scanning electron microscopes of importance, but can also be used with scanning particle beam microscopes of another kind, e.g. 8. Ion microscopes, can be used.

Bei einem Elektronenmikroskop des vorwiegend verwendeten Typs, der im folgenden als »konventionell« bezeichnet werden soll, wird der von der Kathode ausgehende Elektronenstrahl durch einen Kondensor auf ein relativ großes Feld des Präparats gelenkt; sämtliche Strukturelemente des Präparats in diesem Feld werden durch ein elektronenoptisches System gleichzeitig in der Bildebene abgebildet. Demgegenüber wird bei einem Rastermikroskop das Präparat durch einen äußerst kleinen Brennfleck abgetastet; die von den Strukturelementen des Präparats ausgehenden Signale werden zeitlich nacheinander durch einen Detektor empfangen, der seinerseits die Bildstrahlintensität einer synchron mit dem Ablenksystem des Mikroskops gesteuerten Bildwiedergaberöhre nach Art einer Fernsehbildröhre steuert. Es ist bekannt, bei einem derartigen Raster-Elektronenmikroskop eine Dunkelfeldabbildung zu verwenden, wie z. B. aus einer Arbeit von v. A r d e η η e aus der »Zeitschrift für Physik«, 1938, S. 553 bis 572, insbesondere S. 557, Fig. 4, hervorgeht. Hier wird bei einer Durchstrahlungsaufnahme ein unterhalb des Präparats angeordneter ringförmiger Detektor verwendet der den zentralen, direkten Strahl durchläßt; ein solcher Detektor hat die gleiche Wirkung wie eine zentrale scheibenförmige Blende. Bei einem vorgeschlagenen Raster-Korpuskularstrahlmikroskop der eingangs genannten Art (DT-PS 1 948 270) kann die zwischen Strahlerzeuger und Präparat angeordnete Blende eine Dunkelfeldblende mit zentralem Auffänger oder eine Dunkelfeldhalbblende sein.In the case of an electron microscope of the predominantly used type, hereinafter referred to as "conventional" is to be designated, the electron beam emanating from the cathode is passed through a condenser directed to a relatively large field of the preparation; all structural elements of the preparation in this field are simultaneously imaged in the image plane by an electron-optical system. In contrast, will in a scanning microscope, the specimen is scanned through an extremely small focal point; those of the Signals emanating from structural elements of the preparation are sequentially detected by a detector received, which in turn controls the image beam intensity synchronously with the deflection system of the microscope Controls picture display tube in the manner of a television picture tube. It is known in such a Scanning electron microscope to use a dark field image, such as B. from a work by v. A r d e η η e from the "Zeitschrift für Physik", 1938, pp. 553 to 572, in particular p. 557, Fig. 4, emerges. A ring-shaped detector arranged below the specimen is used here for a radiograph uses that allows the central, direct beam to pass through; such a detector has the same effect like a central disc-shaped screen. In a proposed scanning particle beam microscope of the type mentioned at the beginning (DT-PS 1 948 270) can be arranged between the beam generator and the preparation The shutter can be a dark field shutter with a central interceptor or a dark field half shutter.

Will man bei einem Raster-Elektronenmikroskop eine hohe Auflösung erzielen, so muß die den Rasterpunkt erzeugende Linse aus physikalischen Gründen eine entsprechend große Apertur besitzen. Verwendet man nun bei großer Bestrahlungsapertur eine Dunkelfeldabbildung nach v.Ardenne mit einer zentralen scheibenförmigen Blende, so bedeutet das, daß sehr viele gestreute Elektronen im Detektor nicht registriert werden, da sie im Primärstrahlkegel liegen und daher von der Blende abgefangen werden. Bei geringer Auf-If you want to achieve a high resolution with a scanning electron microscope, the grid point must be used generating lens have a correspondingly large aperture for physical reasons. Used With a large irradiation aperture, a dark field image according to von Ardenne with a central one disk-shaped aperture, this means that a large number of scattered electrons are not registered in the detector because they lie in the primary beam cone and are therefore intercepted by the diaphragm. At low volume

lösung tritt dieser Effekt nicht auf, da die entsprechende öffnung des beleuchtenden Strahlenkegels so klein ist, daß nur ein vernaehlftssigbar kleiner Teil der gestreuten Strahlen im Prim&rstrahl enthalten ist und damit für den Abbildungsvorgang verlorengeht,This effect does not occur because the corresponding opening of the illuminating beam cone is so small is that only a reasonably small part of the scattered Rays in the primary ray is contained and thus is lost for the imaging process,

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Raster-Korpuskularstrahlmikroskop der eingangs genannten Art bei hoher Auflösung die Anzahl der im Detektor registrierbaren Korpuskeln und damit das Ausgangssignal des Detektors zu vergrößern.The invention is based on the object of a scanning particle beam microscope of the type mentioned at the beginning Type at high resolution the number of corpuscles that can be registered in the detector and thus that To increase the output of the detector.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die zwischen Strahlerzeuger und Präparat angeordnete erste Blende mehrere offene strahlungsdurchlässige Felder aufweist und daß zwischen Präparat und Detektoranordnung iine zweite Blende mit einem zentralen ersten Bereich und einem diesen umschließenden zweiten Bereich angeordnet ist, wobei der erste Bereich komplementär zur ersten Blende derart ausgebildet ist, daß seine geschlossenen strahlungsundurchlassigen Felder die von den offenen Feldern der ersten Blende durchgelassene ungestreute Strahlung »bfangen, während der zweite Bereich aus einem offejien strahlungsdurchlässigen Feld besteht, dessen Fläche groß ist gegenüber den Flächen der einzelnen offenen Felder des ersten Bereiches. Vorzugsweise hat das offene Feld des zweiten Bereiches eine radiale Breite, die mindestens etwa gleich dem halben Radius des ersten Bereiches istThis is achieved according to the invention in that the first diaphragm arranged between the beam generator and the specimen has several open radiation-permeable fields and that a second diaphragm with a central first area and a second area surrounding it is arranged between the specimen and the detector arrangement, the first area being complementary to the first diaphragm is designed in such a way that its closed, radio-opaque fields catch the unscattered radiation transmitted by the open fields of the first diaphragm, while the second area consists of an open, radiation-permeable field, the area of which is large compared to the areas of the individual open fields of the first Area. The open field of the second area preferably has a radial width which is at least approximately equal to half the radius of the first area

Die Form und Anordnung der Felder der ersten Blende — und damit auch der komplementären Felder des ersten Bereiches der zweiten Blende - ist an sich beliebig; in der Regel wird man jedoch diese Felder ringförmig und konzentrisch ausbilden. Die Begriffe »ringförmig« und »konzentrisch« sind hierbei im weiteren Sinne so zu verstehen, daß die Ringe auch von der Kreisform abweichen können. Mit besonderem Vorteil ist die erste Blende als phasenkorrigierende Zonenblende ausgebildet, die nur solche Teilstrahlen zum Präparat gelangen läßt, die nach Durchtritt durch die Kondensorlinse Phasen gleichen Vorzeichens haben. Die Wirkungsweise derartiger phasenkorrigierender Zonenblenden ist z. B. in der deutschen Patentschrift 1 222 603 beschrieben.The shape and arrangement of the fields of the first aperture - and thus also the complementary fields the first area of the second diaphragm - is arbitrary in itself; usually one will however use these fields Form ring-shaped and concentric. The terms "ring-shaped" and "concentric" are used in the following Meaning to be understood in such a way that the rings can also deviate from the circular shape. With a particular advantage the first diaphragm is designed as a phase-correcting zone diaphragm, which only those partial beams for Can get preparation that have phases of the same sign after passing through the condenser lens. The mode of action of such phase-correcting zone diaphragms is z. B. in the German patent 1 222 603.

Aus einer Arbeit von R i e c k e aus der »Zeitschrift für Naturforschung«. 1964, 19a, S. 122S bis 1230, ist die Verwendung von komplementären Mehrfachblenden zur Dunkelfeld-Abbildung bei konventionellen Elektronenmikroskopen bekannt R i e c k e hat auch bereits angegeben, daß die Blenden als phasenkorrigierende Zonenblenden ausgebildet sein können.From a work by R i e c k e from the "Zeitschrift für Naturforschung". 1964, 19a, pp. 122S to 1230, is the Use of complementary multiple diaphragms for dark field imaging in conventional electron microscopes Known R i e c k e has also already indicated that the diaphragms act as phase-correcting Zone diaphragms can be formed.

Das erfindungsgemäße Raster-Korpuskularmikroskop unterscheidet sich aber in seinem Aufbau und seiner Wirkung in einem wichtigen Punkt grundsätzlich von der Rieckeschen Anordnung. Im konventionellen Elektronenmikroskop wird die Auflösung durch die öffnung der abbildenden Linse bestimmt. Diese Öffnung läßt sich nicht beliebig steigern, da Elektronenlinten große Linsenfehier haben. Das der Abbildung zugeordnete Blendensystem hat daher höchstens die der Auflösung entsprechende öffnung. Beim Rastermikroikop aber bestimmt der Öffnungskegel der beleuchteten Strahlung die Auflösung. Das bedeutet aber, daß das der Abbildung zugeordnete Blendensystem dieser Öffnungsbeschränkung nicht unterliegt. Fig. la zeigt die Blende des komplementären Blendensystems nach "5 R i e c k e, welche der Abbildungslinse im konventionellen Mikroskop zugeordnet ist. Ihr maximaler Durchdarf Ir — die durch Linsenfehler bedingte maximal zulässige öffnung der Linse - nicht aberschreiten. F i g, Ib zeigt die Blende, die bei einem Rasterkor' puskularstrahlmikroskop nach der Erfindung als zweite Blende dem Detektor zugeordnet ist. Sie erhält zwei Blendenbereiche. Der erste Blendenbereich (I) ist eine Blende eines komplementären Blendensystctns analog wie in F i g. la. Der zweite Blendenbereich (II) besteht aus einem offenen Feld mit einer radialen Breite (R - ή, die vorzugsweise mindestens so groß sein soll wie r/2. Die gesamte Blende hat daher den wesentlich* größeren Durchmesser von 2Λ (gegenüber Fig. la), der nicht mehr durch die Auflösungsbedingungen einer Linse beschränkt ist. Das Blendensystem nach F i g. Ib kann daher sehr viel mehr gestreute Elektronen erfassen als eine Blende nach Fig. la. Man erkennt aus Fig. Ib übrigens auch den Vorteil des erfindungsgemäßen Mikroskops gegenüber dem Rastermikroskop nach v. A r d e η η e. Nach v. Ardenne wäre die Blende innerhalb des Kreises des Durchmessers 2rein Vollkreis; die in den offenen Kreisringen registrierbaren Elektronen wären abgeblendet. Es sei zusätzlich bemerkt, daß die Anzahl dieser Elektronen wegen Abfalls der Atomfaktoren sehr viel größer ist als ein Vergleich der offenen Blendenflächen vermuten lassen würde. Diese Überlegungen gelten sinngemäß auch, wenn mit phasenkorrigWenden Komplementärzonenblenden gearbeitet wird. In diesem Fall ist 2r durch die Restlinsenfehler des durch die Zonenkorrekturplatten korrigierten Objektives begrenzt; auch mit Verwendung dieser Platten läßt sich 2r nicht beliebig erhöhen.The scanning corpuscular microscope according to the invention differs in its structure and its effect in one important point from the Rieck arrangement. In the conventional electron microscope, the resolution is determined by the opening of the imaging lens. This opening cannot be increased at will, since electron lines have large lens defects. The diaphragm system assigned to the image therefore has at most the opening corresponding to the resolution. With the scanning microscope, however, the aperture cone of the illuminated radiation determines the resolution. However, this means that the diaphragm system assigned to the figure is not subject to this opening restriction. Fig. La shows the aperture of the complementary aperture system according to "5 ridge, which is assigned to the imaging lens in the conventional microscope. Its maximum permissible Ir - the maximum permissible aperture of the lens caused by lens defects - does not exceed. which is assigned to the detector as a second diaphragm in a raster body puscular beam microscope according to the invention. It has two diaphragm areas. The first diaphragm area (I) is a diaphragm of a complementary diaphragm system analogous to that in FIG from an open field with a radial width (R - ή, which should preferably be at least as large as r / 2. The entire diaphragm therefore has the much larger diameter of 2Λ (compared to Fig. la), which is no longer due to the resolution conditions The diaphragm system according to Fig. 1b can therefore capture much more scattered electrons than a diaphragm according to Fig. 1a From Fig. Ib incidentally, the advantage of the microscope according to the invention over the scanning microscope according to v. A rde η η e. According to v. Ardenne would be the aperture within the circle of diameter 2 a full circle; the electrons that can be registered in the open circular rings would be dimmed. It should also be noted that the number of these electrons, because of the decrease in the atomic factors, is very much greater than a comparison of the open diaphragm areas would suggest. These considerations also apply accordingly when working with phase-correcting complementary zone diaphragms. In this case, 2r is limited by the residual lens errors of the objective corrected by the zone correction plates; even with the use of these plates, 2r cannot be increased at will.

Die Erfindung ermöglicht es also, nicht nur die außerhalb des Aperturkegels gestreuten Elektronen, sondern auch einen großen Teil der innerhalb dieses Kegels gestreuten Elektronen zur Bilderzeugung auszunutzen. Durch die Kombination der beim konventionellen Mikroskop an sich bekannten komplementären Mehrfachblenden mit der Detektorringblende bei einem Raster-Korpuskularstrahlmikroskop läßt sich daher eine sprunghafte Steigerung des Detektorsignals errexhen. Bei Ausbildung der ersten Blende als phasenkorrigierende Zonenblende gestattet es die Erfindung zusätzlich, bereits mit konventionellen Kondensorlinsen mit öffnungsfehierkonstanten zwischen 1 und 4 mm zu Auflösungen von etwa 1 λ , d. h. bis in den atomaren Bereich, vorzustoßen.The invention thus makes it possible not only to use the electrons scattered outside the aperture cone, but also to use a large part of the electrons scattered within this cone for image generation. By combining the complementary ones known per se in the conventional microscope Multiple diaphragms with the detector ring diaphragm in a scanning particle beam microscope can be therefore cause a sudden increase in the detector signal. When the first aperture is designed as a phase correcting one The invention also allows zone diaphragms, even with conventional condenser lenses with opening error constants between 1 and 4 mm to resolutions of about 1 λ, i.e. H. up to the atomic realm.

Eine phasenkorrigierende Zonenblende ist, wie bereits bemerkt, grundsätzlich so ausgebildet, daß nur Teilstrahlen mit Phasen gleichen Vorzeichens zu einem Aufpunkt in der Bildebene gelangen. Zur Abblendung der Teilstrahlen mii Phasen des anderen Vorzeichens müssen dementsprechend die geschlossenen Felder der Zonenblende eine bestimmte Mindestbreite haben. Verwendet man im Rahmen der Erfindung eine solche phasenkorrigierende Zonenblende als erste Blende, so ist es von Vorteil, die Breite der geschlossenen Felder dieser Blende größer zu wählen als die genannte Mindestbreite. Das fuhrt zwar zu einem Intensitätsverlusi des Brennflecks, der jedoch dadurch ausgeglichen wird daß die offenen Felder der vor dem Detektor liegender komplementär ausgebildeten zweiten Blende entspre chend größer sind, so daß das Detektorsignal ebenfalii relativ vergrößert ist. Der Gewinn liegt darin, daß di< Strahlungsbelastung des Präparates bei gleichem De tektorsignal verringert ist. Wenn es darauf nicht an kommt, kann man auch die Intensität der Korpuskular strahlquelle erhöhen und dadurch zu einem absolut ver größerten Detektorsignal kommen.As already noted, a phase-correcting zone diaphragm is basically designed so that only Partial beams with phases of the same sign arrive at a point in the image plane. For dimming of the partial beams with phases of the other sign must accordingly be the closed fields of the Zone diaphragm have a certain minimum width. If one uses such in the context of the invention phase-correcting zone diaphragm as the first diaphragm, so it is advantageous to reduce the width of the closed fields to choose this aperture larger than the specified minimum width. This leads to a loss of intensity of the focal spot, which is compensated for by the open fields in front of the detector complementarily designed second diaphragm are accordingly larger, so that the detector signal also is relatively enlarged. The benefit lies in the fact that the radiation exposure of the preparation with the same De detector signal is reduced. If it doesn't matter, you can also adjust the intensity of the corpuscular Increase the beam source and thus get an absolutely enlarged detector signal.

Bei einem konventionellen KorpuskularstrahlmikroWith a conventional particle beam micro

skop mit komplementären phasenkorrigierenden Mehrfachringblenden nach R i e c k e ist eine entsprechende Maßnahme, d. h. eine Vergrößerung der offenen Felder der· dem Objektiv vorgeordneten Blende, nicht möglich, da dadurch die Korrektur des Linsenfehlers verschlechtert würde.A scope with complementary phase-correcting multiple ring diaphragms according to R i e c k e is a corresponding measure, i. H. an enlargement of the open fields of the diaphragm in front of the objective, not possible, since this would worsen the correction of the lens aberration.

Bei der Abtastung des Präparates ändert auch der bildseitige Aperturkegel seine Lage gegenüber der zweiten Ellende. Insbesondere bei genauer gegenseitiger Anpassung der beiden Blenden kann es daher vorkommen, daß Teile des direkten Strahls, die von der ersten Blende durchgelassen wurden, auch durch die zweite Blende treten. Dies kann man dadurch vermeiden, daß man zwischen Präparat und zweiter Blende ein werteres Ablenksystem anordnet, das die Strahlablenkung durch das erste Ablenksystem kompensiert.When the specimen is scanned, the aperture cone on the image side also changes its position in relation to the second Ellende. In particular, if the two diaphragms are precisely matched to one another, it can therefore happen that parts of the direct beam which are emitted by the pass through the first screen, also pass through the second screen. This can be avoided by moving between the specimen and the second diaphragm arranges a further deflection system that compensates for the beam deflection by the first deflection system.

Mit Vorteil besteht das strahlungsseitige Ablenksystem aus zwei in Strahlrichtung aufeinanderfolgenden Teilsystemen, von denen das erste den Strahl aus der optischen Achse des Mikroskops auslenkt und das Zweite den ausgelenkten Strahl derart zurücklenkt, daß die Achse des zurückgelenkten Strahles die optische Achse zumindest ungefähr in der Ebene der ersten Blende schneidet. Dadurch wird erreicht, daß der beleuchtete Strahl in der Ebene der ersten Blende stets die gleiche Lage relativ zu dieser hat. Die gleiche Bedingung kann man — bei der genannten Lage des Ablenksystems — auch für die zweite Blende in der Weise erfüllen, daß man die erste und die zweite Blende in koordinierten optischen Ebenen der Kondensorlinse anordnet, so daß also der erste Bereich der zweiten Blende ein körperliches negatives Bild der ersten Blende darstellt.The deflection system on the radiation side advantageously consists of two successive ones in the direction of the beam Subsystems, the first of which deflects the beam out of the optical axis of the microscope and the Second deflects the deflected beam back in such a way that the axis of the deflected beam is the optical one Axis intersects at least approximately in the plane of the first diaphragm. This ensures that the illuminated beam is always in the plane of the first diaphragm has the same location relative to this one. The same condition can - with the mentioned position of the deflection system - also for the second diaphragm in the same way meet that the first and the second aperture in coordinated optical planes of the condenser lens, so that the first area of the second Aperture represents a physically negative image of the first aperture.

Man kann jedoch auch, ebenfalls bei der genannten Zuordnung des bestrahlungsseitigen Ablenksystems zur ersten Blende, diese Blende in der Brennebene der Kondensorlinse anordnen. Das hat den Vorteil, daß man unabhängig vom Achsabstand des jeweiligen Präparatpunktes stets die gleiche Bestrahlungsrichtung erhält.However, you can also, also with the mentioned Assignment of the radiation-side deflection system to the first diaphragm, this diaphragm in the focal plane of the Arrange condenser lens. This has the advantage that the same irradiation direction is always obtained regardless of the axis distance of the respective preparation point.

Unterhalb der zweiten Blende kann man einen einheitlichen Detektor anordnen, der die gesamten, durch die offenen Felder dieser Blende durchtretenden Korpuskeln integriert. Man kann jedoch auch unterhalb der offenen Felder der zweiten Blende jeweils einzelne Detektoren vorsehen, so daß das Bild des Präparates wahlweise mit Elektronen unterschiedlicher Streuwinkel aufgenommen werden kann. Die offenen Felder der zweite» Blende können mit Vorteil auch unmittelbar als Emtriftsfläcnen konzentrischer rinförmiger Strahlungsdetektoren, z. B. Halbleiterdetektoren. ausgebildet sein.A uniform detector can be arranged underneath the second diaphragm, which covers the entire area the open fields of this screen are integrated into corpuscles. However, you can also use the Open fields of the second diaphragm each provide individual detectors, so that the image of the specimen can optionally be recorded with electrons of different scattering angles. The open fields of the second »aperture can also be used directly as Emtriftsfläcnen concentric ring-shaped radiation detectors, z. B. semiconductor detectors. educated be.

Zur weiteren Analyse der Präparateigenschaften kann ferner hinter der zweiten Blende ein Geschwmdigkeitsanalysator angeordnet sein, der eine Trennung von elastisch und unelastisch gestreuten Korpuskeln ermöglicht, wie es beispielsweise aus der DT-OSI 439 828 bekannt istFor further analysis of the preparation properties, a velocity analyzer can also be arranged behind the second diaphragm, which provides a separation of elastically and inelastically scattered corpuscles made possible, for example from DT-OSI 439 828 is known

Die F t g. 2 bis 6 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.The F t g. 2 to 6 show embodiments of the invention.

Die Achse des in F i g. 2 dargestellten Raster-Elektronenmikroskops ist mit 1 bezeichnet Ab Strahlerzeuger kann eine Quelle üblichen Aufbaues verwendet sein, die fai diesem Ausfflhnsngsbeispte! die Spitzenkathode 2, den Wehneltzylinder 3 und die Anode 4 enthält Beispielsweise kann die in der deutschen Patentschrift ! 03! 447 beschriebene Konstruktion für den Strahlerzeuger Anwendung finden; auch eine FeldemThe axis of the in F i g. The scanning electron microscope shown in FIG. 2 is denoted by 1. A source of conventional construction can be used from the beam generator be the fai of this Ausfflhnsngsngsbeispte! the tip cathode 2, the Wehnelt cylinder 3 and the anode 4 contains. For example, in the German patent! 03! 447 described construction for the Jet generators find application; also a fields missionskathode kann verwendet werden.mission cathode can be used.

In Strahlrichtung hinter dem Strahlerzeuger befinde sich ein Ablenksystem, das in diesem Ausführungsbei spiel zwei Paare elektrostatischer Ablenkplatten 5, 5Located in the direction of the beam behind the beam generator a deflection system, which in this Ausführungsbei play two pairs of electrostatic deflection plates 5, 5

s bzw. 6, 6' umfaßt. Zur Ablenkung in der zur Zeichene bene senkrechten Ebene sind zwei weitere Plattenpaa re vorgesehen. Statt eines elektrostatischen Ablenksy stems kann man auch ein an sich bekanntes elektro magnetisches Ablenksystem verwenden. s or 6, 6 '. Two further pairs of plates are provided for deflection in the plane perpendicular to the plane. Instead of an electrostatic deflection system, you can also use a known electro-magnetic deflection system.

ίο Im Strahlengang befindet sich ferner als Kondensor linse 7 eine magnetische Polschuhlinse, die den Über kreuzungspunkt des Elektronenstrahls vor der Kathode möglichst punktförmig auf das Präparat 8 abbildet. Da: Präparat 8 kann in an sich bekannter Weise in einen·ίο There is also a condenser in the beam path lens 7 a magnetic pole piece lens, which is the crossover point of the electron beam in front of the cathode images as punctiform as possible on the preparation 8. Since: Preparation 8 can be converted into a Präparatverstelltisch angeordnet sein. Mit 9 ist ein De tektor bezeichnet, der vom Präparat 8 beeinflußte Bildsignale empfängt und diese Signale zum Bildaufbau ar eine Fernsehbildröhre weiterleitet Im Strahlengang sind zwei Blenden B\ und Bi anBe arranged specimen adjustment table. 9 with a De detector is referred to, which receives the image signals influenced by the preparation 8 and forwards these signals to the image structure ar a television picture tube. In the beam path, two diaphragms B \ and Bi are on geordnet. Die Blende Bi umfaßt entsprechend Fig. Ib zwei Bereiche 1 und It. Beide Blenden weisen mehrere ringförmige, konzentrisch angeordnete, offene, strahlungsdurchlässige Felder auf. Die Blenden Bt und lh sind insofern komplementär zueinander ausgebildet, alsorderly. The diaphragm Bi comprises two areas 1 and It according to FIG. Ib. Both diaphragms have several annular, concentrically arranged, open, radiation-permeable fields. The diaphragms Bt and lh are designed to be complementary to one another, as

2s jeweii. ein offenes Feld der Blende B\ einem geschlossenen Feld des ersten Bereiches 1 der Blende Bi zugeordnet ist. so daß also Teile des beleuchteten Strahls, die von der Blende BX durchgelassen werden und das Präparat 8 ungestreut durchsetzen, von den geschlosse2s each. an open field of the diaphragm B \ is assigned to a closed field of the first area 1 of the diaphragm Bi . so that parts of the illuminated beam which are allowed through by the diaphragm BX and pass through the specimen 8 unscattered from the closed nen Feldern der Blende Bi abgefangen werden. Zum Detektor 9 gelangen demnach nur solche Elektronen, die im Präparat 8 elastisch oder unelastisch gestreut werden. Wie die Figur zeigt trägt dabei ein großer Teil derjenigen Elektronen zur Bilderzeugung bei. die vomnen fields of the diaphragm Bi are intercepted. Accordingly, only those electrons which are elastically or inelastically scattered in the preparation 8 reach the detector 9. As the figure shows, a large proportion of those electrons contribute to image generation. the ones from Präparat 8 innerhalb des Primärstrahlkegels mit dem Öffnungswinke! 2« gestreut werden. Dabei ist es ferner wesentlich, daß auch die außerhalb des Primärstrahlkegels gestreuten Elektronen, die das breite offene Feld des Blendenbereiches II durchsetzen, zur SignalerzeuPreparation 8 within the primary beam cone with the opening angle! 2 «are spread. It is furthermore It is essential that the electrons scattered outside the primary beam cone, which form the broad open field of the aperture area II enforce, for signal generation gung im Detektor 9 beitragen.Contribution in the detector 9.

Bei dem Strahlengang nach F i g. 2 wird der Elektronenstrahl durch das Teil-Ablenksystem 5. 5' zunächst aus der Achse herausgelenkt und durch das Teil-Ab lenksystem 6, 6' wieder zur Achse zurückgelenkt, undIn the beam path according to FIG. 2 is the electron beam through the partial deflection system 5. 5 'initially steered out of the axis and by the part-from steering system 6, 6 'steered back to the axis, and

zwar derart daß sich der unabgelenkte und der abgelenkte Strahl in der Blende Bt schneiden. Dei Elektronenstrahl hat also unabhängig von seiner Ablenkung eine konstante Lage relativ zur Blende Bt. Ferner liegt die Blende ft m der Broniebene der Kottdensoflinse 7;in such a way that the undeflected and the deflected beam intersect in the diaphragm Bt. Regardless of its deflection, the electron beam has a constant position relative to the diaphragm Bt. Furthermore, the diaphragm ft m lies in the bronchial plane of the Kottdensof lens 7;

So das hat zur Folge, daß jeder Teilstrahl, wie auch aus der Figur ersichtlich ist während der Ablenkung seine Ein faltrichtung am Präparat 8 beibehältSo that has the consequence that every partial beam, as well as from the Figure can be seen during the deflection of his A folding direction on the preparation 8 maintains

Die Figur zeigt ferner, daß sich behn Abtasten des Präparates 8 mit dem Brennfleck auch der bifdseitigeThe figure also shows that behn scanning the Preparation 8 with the focal spot also on both sides

Primärstrahlkegel relativ zur Blende Bi verschiebt Insbesondere dann, wenn die Blenden Bt und Bi m ihren Maßen genau komplementär ausgebildet sind, kann es vorkommen, daß die Blende Bi nicht nur gestreute, sondern auch ungestrente Strahlung durchläßt. ManThe primary beam cone moves relative to the diaphragm Bi, in particular if the diaphragms Bt and Bi are designed to be exactly complementary in terms of their dimensions, it can happen that the diaphragm Bi not only lets through scattered, but also unsteady radiation. Man kann dies dadurch vermeiden, daß man die geschlossenen Felder des Bereiches I der Blende Bi etwas breiter macht als es den offenen Feldern der Blende δι entspricht, muß dann allerdings einen Verlust an Streustrahlung in Kauf nehmen. Mh Vorteil kann man je-this can be avoided by making the closed fields of the area I of the diaphragm Bi somewhat wider than it corresponds to the open fields of the diaphragm δι, but then must accept a loss of scattered radiation. Mh advantage can be doch zwischen dem Präparat 8 and der Blende Bi ein weiteres Ablenksystem 10, W vorsehen, das synchron mit dem bestrahlungsseitigen Ablenksystem 5. 5'. 6. 6' betrieben wird und die durch dieses Ablenksystem be-but provide a further deflection system 10, W between the preparation 8 and the diaphragm Bi , which is synchronized with the deflection system 5, 5 'on the irradiation side. 6. 6 'is operated and the

wirkte Ablenkung derart, kompensiert, daß die Lage des Strahls in der Ebene der Eilende Bi während der Abtastung der Präparates nicht verändert wird.the deflection acted in such a way, compensated, that the position of the beam in the plane of the rapid end Bi is not changed during the scanning of the specimen.

Die Durchmesser und Breiten der offenen bzw. ge- »chlossenen Felder der Blenden öi und Bi (Bereich I) können an sich beliebig gewählt werden; die Breiten de; Felder können beispielsweise gleich groß sein. Es ist lediglich darauf zu achten, daß der Bereich 1 der Blende Bi ein — gegebenenfalls vergrößertes oder verkleinertes — negatives Abbild der Blende Bi darstellt, derart, daß beide Blenden gemeinsam für den direkten Strahlengang undurchlässig sind.The diameters and widths of the open or closed fields of the diaphragms öi and Bi (area I) can be chosen as desired; the latitudes de; For example, fields can be the same size. It is only necessary to ensure that the area 1 of the diaphragm Bi represents a negative image of the diaphragm Bi, possibly enlarged or reduced, in such a way that both diaphragms are jointly impermeable to the direct beam path.

Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Blende Bi als phasenkorrigierende Zonenplatte ausgebildet ist, die nur solche Teilstrah-Ieη zum Präparat gelangen läßt, die nach Durchtritt durch die Kondensorlinse wenigstens annähernd gleiche Phase haben. In diesem Falle richten sich die Abmessungen der offenen und geschlossenen Felder der Blende B\ — und entsprechend auch des Bereiches I ao der Blende Bi — nach dem öffnungsfehler der Kondensorlinse 7. Die Blende B\ kann auch so ausgebildet sein, daß sie einen etwa vorhandenen Astigmatismus der Kondensorlinse 7 korrigiert; die Felder der Blende ßi sind dann nicht mehr kreisförmig. Zur Korrektur »5 eines Astigmatismus der Kondensorlinse 7 kann jedoch auch ein Stigmator in den Strahlengang eingefügt werd?n. However, an embodiment of the invention is preferred in which the diaphragm Bi is designed as a phase-correcting zone plate which only allows partial beams to reach the specimen which have at least approximately the same phase after passing through the condenser lens. In this case, the dimensions of the open and closed fields of the diaphragm B \ - and accordingly also of the area I ao of the diaphragm Bi - depend on the aperture error of the condenser lens 7. The diaphragm B \ can also be designed so that it has an existing one Corrected the astigmatism of the condenser lens 7; the fields of the diaphragm ßi are then no longer circular. To correct an astigmatism of the condenser lens 7, however, a stigmator can also be inserted into the beam path.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3, in der dieselben Bezugszeichen verwendet sind wie in F i g. 2. zeichnet sich dadurch aus. daß die Blenden B\ und Bi in koordinierten optischen Ebenen der Kondensorlinse 7 angeordnet sind, so daß der Bereich I der Blende Bi das Negativ eines Bildes verkörpert, das die Kondensorlinse 7 von der Blende ßi entwirft. Da auch hier das Ablenksystem 5, 5'. 6, 6' so ausgelegt ist, daß abgelenkte und unabgelenkte Teilstrahlen sich in der Ebene der Blende B\ schneiden, werden diese Teilstrahlen in zugeordneten Punkten der Blende Bi wieder vereinigt. Das bedeutet, daß der bildseitige Primärstrahlkegel bei der Strahlablenkung seine Lage in der Ebene der Blende Bi nicht ändert. Es sind daher keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich, um die komplementäre Wirkung der beiden Blenden während der Ablenkung zu sichern. Dafür muß allerdings in Kauf genommen werden. daß die Einfallrichtung des Strahls auf dem Präparat 8 nicht ganz konstant ist.The embodiment according to FIG. 3, in which the same reference numerals are used as in FIG. 2. is characterized by this. that the diaphragms B \ and Bi are arranged in coordinated optical planes of the condenser lens 7, so that the region I of the diaphragm Bi embodies the negative of an image which the condenser lens 7 designs of the diaphragm βi. Since the deflection system 5, 5 '. 6, 6 'is designed so that deflected and undeflected partial beams intersect in the plane of the diaphragm B \ , these partial beams are combined again in assigned points of the diaphragm Bi. This means that the primary beam cone on the image side does not change its position in the plane of the diaphragm Bi when the beam is deflected. No additional measures are therefore required to ensure the complementary effect of the two diaphragms during the deflection. However, this must be accepted. that the direction of incidence of the beam on the specimen 8 is not entirely constant.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind die Blenden B\ und ß? von der Kondensorlinse 7 jeweils ma die doppelte Brennweite entfernt; sie sind daher gleich groß. Man kann jedoch für die Lage der Blenden ßi und Bi jedes andere Paar von Gegenstands- and Bildebene bezüglich der Kondensorlinse 7 wählen.In the embodiment according to FIG. 3 are the apertures B \ and ß? of the condenser lens 7 each ma twice the focal length removed; they are therefore the same size. However, any other pair of object and image planes with respect to the condenser lens 7 can be selected for the position of the diaphragms ßi and Bi.

In F i g. 4 ist der untere Teil des Strahlengangs nach F i g. 3 mit einer anderen Ausführung der Blende Bi dargestellt. Die offenen Felder der Blende 82 sind hier durch ringförmige Detektoren 11 bis 14 ersetzt: in der Achse der Anordnung ist ein weiterer zentraler Detektor 15 vorgesehen. Die freien Abstände zwischen den Detektoren 11 bis IS entsprechen den geschlossenen So Feldern der Blende Bi in F i g. 3; die hier einfallenden Elektronen werden nicht ausgewertet. Die Detektoren 12 bis 15 bilden gemeinsam den Bereich I. der breite Detektor 11 den Bereich II der Blende Bi. In Fig. 4 is the lower part of the beam path according to FIG. 3 shown with a different version of the diaphragm Bi . The open fields of the diaphragm 82 are replaced here by ring-shaped detectors 11 to 14: a further central detector 15 is provided in the axis of the arrangement. The free distances between the detectors 11 to IS correspond to the closed S0 fields of the diaphragm Bi in FIG. 3; the electrons falling here are not evaluated. The detectors 12 to 15 together form the area I. the wide detector 11 the area II of the diaphragm Bi.

Die Detektoren II bis 15 sind je für sich mit Ausgängen 11a usw. versehen, die nacheinander an eine Bildwiedergaberöhre oder gleichzeitig an verschiedene Bildwiedergaberöhren angeschlossen werden können.The detectors II to 15 each have their own outputs 11a, etc. provided, one after the other to a picture tube or can be connected to different display tubes at the same time.

Mit der Anordnung nach Fig.4 ist es daher möglioh, wahlweise nur solche Elektronen zur Bilderzeugung heranzuziehen, die durch das Präparat 8 mit einem bestimmten Winkel gestreut wurden.With the arrangement according to Fig. 4 it is therefore possible, optionally only to use those electrons for image generation that are caused by the preparation 8 with a certain Angles were scattered.

Die Detektoren 11 bis 15 können beispielsweise als Halbleiter-Strahlungsdetektoren ausgebildet sein. Dies sind Halbleiterkörper mit einem pn-übergang, die in Sperrichtung vorgespannt sind und bei Auftreffen eines Elektrons eine impulsartige Erhöhung des Sperrstromes zeigen. Detektoren dieser Art haben den Vorteil großer Empfindlichkeit, da sie es ermöglichen, einzelne Elektronen zu zählen und zur Bilderzeugung auszunutzen. The detectors 11 to 15 can be designed as semiconductor radiation detectors, for example. this are semiconductor bodies with a pn junction, which are reverse-biased and when a Electrons show a pulse-like increase in the reverse current. Detectors of this type have the advantage great sensitivity as they allow individual Count electrons and use them for image generation.

Zur Verbesserung der Abbildungsgüte oder zur Gewinnung von Aufschlüssen über die stoffliche Zusammensetzung des Präparates kann es erwünscht sein, im gestreuten Strahl Elektronen unterschiedlicher Energie, insbesondere elastisch und unelastisch gestreute Elektronen, voneinander zu trennen. Eine hierfür geeignete Anordnung zeigt F i g. 5. Hier ist dem Raster-Elektronenmikroskop ein üblicher elektrostatischer oder magnetischer Geschwindigkeitsanalysator 16 nachgeschaltet, der an seiner Vorderwand 17 eintretende Elektronen je nach deren Energie an verschiedenen Stellen der Rückwand 18 fokussiert. Die Blende B2 liegt hierbei in der Vorderwand 17. An der Rückwand 18 sind mehrere Detektoren 19 bis 22 angeordnet, deren Ausgänge wahlweise an eine Bildwiedergaberöhre angeschlossen werden können. Es ist auf diese Weise möglich. Bilder des Präparates 8 zu erzeugen, zu denen jeweils nur Elektronen einer bestimmten Energie beigetragen haben. To improve the image quality or to obtain information about the material composition of the preparation, it may be desirable to separate electrons of different energies, in particular elastically and inelastically scattered electrons, from one another in the scattered beam. An arrangement suitable for this is shown in FIG. 5. Here the scanning electron microscope is followed by a conventional electrostatic or magnetic velocity analyzer 16 which focuses electrons entering on its front wall 17 at different points on the rear wall 18 depending on their energy. The diaphragm B2 lies in the front wall 17. A plurality of detectors 19 to 22 are arranged on the rear wall 18, the outputs of which can optionally be connected to a picture display tube. It is possible this way. To generate images of the preparation 8, to which only electrons of a certain energy have contributed.

Auf der linken bzw. rechten Seite der Fig.b sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, bei denen die erste Blende Bi als phasenkorrigierende Zonenblende ausgebildet ist. Die Figur zeigt schema· tisch einen Teil des Rastermikroskops, z. B. in der Anordnung nach Fig.2, mit der Blende ßi. de' Linse 7, dem Präparat 8. der Blende Bi und dem Detektor 9.On the left and right side of Fig.b, two exemplary embodiments of the invention are shown in which the first diaphragm Bi is designed as a phase-correcting zone diaphragm. The figure shows schematically part of the scanning microscope, e.g. B. in the arrangement according to Figure 2, with the aperture ßi. de 'lens 7, the preparation 8. the diaphragm Bi and the detector 9.

Die über der Blende B\ aufgetragene Kurve φ stellt die Phasen dar. mit denen die Teilstrahlen, die die betreffenden Punkte der Blende ßi durchsetzen, nach Durchtritt durch die mit einem öffnungsfehler behaftete Linse 7 den Brennfleck auf dem Präparat 8 errei chen. Bei der Ausführungsform nach der linken Seite der F i g. 6 sind die geschlossenen Felder Fn der Blende Bi gerade so breit, daß sie sämtliche Teilstrahlen mii negativer Phase abblenden (schraffierte Bereiche dei Kurve φ), während sämtliche Teilstrahlen mit positive! Phase durch die offenen Felder Fi 2 durchgelassen wer den. Die geschlossenen Felder der korßpfementär aus gebildeten Blende Bi sind mit Fi\, die offenen Felde mit F21 bezeichnet.The curve φ plotted over the diaphragm B \ represents the phases with which the partial beams, which penetrate the relevant points of the diaphragm βi, reach the focal point on the specimen 8 after passing through the lens 7 with an aperture defect. In the embodiment according to the left-hand side of FIG. 6, the closed fields Fn of the diaphragm Bi are just wide enough that they mask out all partial beams with negative phase (hatched areas of curve φ), while all partial beams with positive! Phase through the open fields Fi 2 who let through. The closed fields of the diaphragm Bi formed from Korßpfementär are marked with Fi \, the open fields with F21 .

Bei der Ausführungsform nach der rechten Seite de F i g. 6 sind die geschlossenen Felder Fn' der Blende β gegenüber der links dargestellten Ausführungsfom verbreitert so daß sie nicht nur die Teilstrahlen mi negativer Phase, sondern auch Teilstrahlen mit kleine positiver Phase abblenden. Die offenen Felder Fi?' sini entsprechend schmäler, so daß bei gleicher Intensitä der Elektronenquelle die Intensität des Brennflecks au dem Präparat 8 verringert ist. Dafür sind jedoch gemäl der rechten Sehe der F i g. 6 die offenen Felder Fn' de Blende Bi ebenso verbreitert wie die geschlossene Flächen Fu' der Blende Bi. so daß mehr Streustrahlun; vom Präparat 8 durch die Blende Bi zum Detektor ' gelangen und zu dessen Signal beitragen kann. Di Ausführungsform nach der rechten Seite der F i g. 6 eiIn the embodiment according to the right-hand side de F i g. 6, the closed fields Fn 'of the diaphragm β are widened compared to the embodiment shown on the left, so that they not only mask the partial beams with a negative phase, but also partial beams with a small positive phase. The open fields Fi? ' sini is correspondingly narrower, so that with the same intensity of the electron source, the intensity of the focal spot on the preparation 8 is reduced. For this, however, according to the right-hand side of FIG. 6 the open fields Fn 'of the diaphragm Bi are just as widened as the closed surfaces Fu' of the diaphragm Bi. So that more scattered radiation; can get from the preparation 8 through the diaphragm Bi to the detector 'and contribute to its signal. The embodiment according to the right-hand side of FIG. 6 egg

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möglicht es also, bei verringerter Strahlenbelastung des Präparates 8 ein Detektorsignal gleicher Höhe zu erzielen. Die Abbildungsgüte des Systems, d. h. die Schärfe des Brennflecks, wird durch die Verbreiterung der Felder Fn' der Blende B\ nicht verschlechtert.thus makes it possible to achieve a detector signal of the same level with a reduced radiation exposure of the preparation 8. The image quality of the system, ie the sharpness of the focal spot, is not impaired by the widening of the fields Fn 'of the diaphragm B \.

Die Blende B\ kann auch zwischen dem Strahlerzeuger 1 bis 4 und detf. Ablenksystem 5,5', 6,6', innerhalb der Kondensorlinse 7 oder zwischen dieser und dem Präparat 8 angeordnet sein.The diaphragm B \ can also be between the beam generator 1 to 4 and detf. Deflection system 5, 5 ', 6,6', can be arranged within the condenser lens 7 or between this and the preparation 8.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patentansprüche:Patent claims:

J, Scanning corpuscular beam microscope with a beam generator, a deflection system for the beam, tiner condenser lens for focusing the beam on a specimen to be imaged, a diaphragm arrangement for dark field imaging of the specimen, which contains a diaphragm arranged between the beam generator and the specimen, and a detector arrangement, in which parts of the beam scattered when the specimen is irradiated are registered, characterized in that the first diaphragm (Bi) arranged in the second beam generator (1 to 4) and specimen (8) has several open radiation-permeable fields and that between the specimen and the detector arrangement (9) one second diaphragm (Bi) is arranged with a central first area and a second area enclosing this, wherein the first area (I) is designed complementary to the first diaphragm (B \) such that its closed radio-opaque fields that of the open fields of the first Aperture (Bi) let through undisturbed Intercept ute radiation, while the second area (II) consists of an open, radiation-permeable field, the area of which is large compared to the areas of the individual open fields of the first area (I).

2. Scanning corpuscular beam microscope according to claim 1, characterized in that the fields of the first blend f £ i, / and the complementary fields of the first area (I) of the second diaphragm (Bi) are annular and concentric.

3. Raster corpuscular beam microscope according to claim 2, characterized in that the first diaphragm (Bi) is designed as a phase-correcting zone diaphragm which allows only those partial beams to reach the specimen (8) which, after passing through the condenser lens (7), have phases of the same sign to have.

4. Scanning corpuscular beam microscope according to claim 3, characterized in that the closed fields of the first diaphragm (Bt) have a width which is greater than the minimum width required to mask all partial beams with phases of a sign.

5. Scanning corpuscular beam microscope according to claim 1, characterized in that a further deflection system (10, 10 ') is arranged between the preparation (8) and the second diaphragm (Bi) , which deflects the beam by the first deflection system (5, S', 6 , 6 ') compensated.

6. Scanning corpuscular beam microscope according to claim 1, characterized in that the deflection system consists of two subsystems (5, 5 'or 6, 6') following one another in the beam direction, of which the first (5, 5 ') the beam from the optical Axis (1) of the microscope deflects and the second (6, 6 ') deflects the deflected beam back in such a way that the axis of the deflected beam intersects the optical axis at least approximately in the plane of the first diaphragm (Bi) .

7. Scanning corpuscular beam microscope according to claim 6, characterized in that the first (Bi) and the second (Bi) diaphragm lie in coordinated optical planes of the condenser lens (7).

8. Scanning particle beam microscope according to claim 6, characterized in that the first

Blende (B\) in der Brennebene der KondensorlinsiAperture (B \) in the focal plane of the condenser lens

9. Raster-Korpuskularstrahlmikroskop nach An spruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die offenei Felder der zweiten Blende (Bi) als Eintrittsflächei konzentrischer ringförmiger Strahlungsdetektorer (11 bis 15) ausgebildet sind.9. Scanning corpuscular beam microscope according to claim I, characterized in that the open fields of the second diaphragm (Bi) are designed as entry surfaces of concentric annular radiation detectors (11 to 15).

10. Raster-Korpuskularstrahlniikroskop nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dei zweiten Blende (Βι)€\χι Geschwindigkeitsanalysatoi (16) angeordnet ist10. Raster corpuscular beam microscope according to claim 1, characterized in that behind the second diaphragm (Βι) € \ χι speed analyzer (16) is arranged